海洋对热带气旋响应的研究

建立一个二层非线性原始方程海洋模式，用以研究海洋对静止和以不同移速移动的热带气旋的响应。数值试验结果表明，海洋对静止ＴＣ的响应，具有不对移性；在ＴＣ中心处，抽吸使混合层变浅，在ＴＣ最大风速半径处，大风夹卷明显使ＭＬ加深和海表温下降；海洋对移动ＴＣ的响应，具有右偏性，且随移速加快而加剧。ＭＬ深度和ＳＳＴ的变化对ＴＣ移速十分敏感，而海流则不同。     

海洋对热带气旋响应的研究 Ⅱ.不同海洋热力结构下的情形

利用中二层非线性原始方程海洋模式，研究海洋在自身不同热力结构下对热带气旋的响应。计算结果表明，初始混合层（ML）深度和层结强度对海表温（SST）和ML深度变化起着十分重要的作用。初始ML深度对海流量值影响较大，层结强度则较小。东海陆架区特殊的海洋热力结构，极易造成SST下降。海洋对7002号台风响应的模拟结果与观测资料较一致。     

海洋对静止热带气旋响应的某些特征

建立二层非线性原始方程海洋模式，采用湍流动能收支参数化风应力产生的垂直混合（夹卷），研究海洋对不同强度和最大风速半径的静止热带气旋（ＴＣ）的响应。数值试验结果表明，由于科氏参数随纬度变化，海洋对热带气旋的响应具有不对称性。热带气旋强度对海流，上混合层（ＵＭＬ）深度和海表温（ＳＳＴ）变化量值产生重大影响，并对它们变化范围影响较大。热带气旋最大风速半径对海流、混合层深度和海表温变化量值的影响不明显，但对它们的变化范围有明显影响。     

海洋对热带气旋风应力响应的准平衡解析解

为考察海洋上层各物理量对热带气旋风应力的响应问题，本文利用海洋线性化约化重力方程组开展了解析研究，所得主要结论如下:求解该问题使用跟随热带气旋中心移动的极坐标较为方便，当热带气旋风应力在热带气旋云墙内即热带气旋眼中为静止，在云墙处及之外随该极坐标半径增加而成反比衰减时，可求得该问题在此极坐标系中的定常解析解，该解强度与风应力成正比；解的流场在热带气旋云墙内为静止，在云墙处及之外呈现有向外流出的气旋式涡旋形态，且随极坐标半径增加而衰减。在云墙之外离云墙较近处，解的切向流速大于径向流速，在更远处则反之。解的径向流与热带气旋切向风应力平衡，切向流是梯度流，流动呈水平无辐散状态。在热带气旋眼中以及云墙处，海洋上层的厚度不变，且达到最小值。从云墙向外则厚度值逐渐增加。厚度值的变化反映了密度跃层的变化，在厚度值最小处附近，跃层位置有明显抬升，这会造成跃层附近海水涌升，从而海洋上层的响应涡旋是冷性的。略去海洋上层对热带气旋移动的响应，将此移动极坐标系中的解返回到固定坐标系后，则解的空间分布形态不变，但由定常解转变为非定常解，且随热带气旋一起移动；此解最重要的物理性质是其具有准平衡性，这与非平衡的近惯性振荡与重力惯性内波有本质区别。     

上层海洋对热带气旋的响应与反馈研究进展

对60年来有关上层海洋与热带气旋(Tropical Cyclone,TC)的响应与反馈的研究进行了回顾,通过观测手段的完善和改进模式的应用,人们的认识不断提高:TC直接激发的近惯性流最大可达1 m/s,其导致的强烈的剪切造成混合层对下层冷水的夹卷是引起混合层降温的主要原因,并往往伴随着混合层深度的增加,这一影响在TC右侧更为最著,并可延续几天到几十天不等。TC导致的混合层降温会使得海洋输出的热通量减少,反过来削弱TC的强度,形成一个负反馈,而海洋特殊的热力和环流结构(如暖涡、洋流等)则对TC有正反馈。所以了解TC经过前的海洋初始场对研究TC与海洋之间的相互作用、对预测,TC的强度、路径变化等尤其重要;通过准确的初始场结合越来越完善的模式可以对TC进行更真实的模拟和预测,使得对TC准确的预报和预警成为可能。     

海洋对热带气旋响应的一种改进模式

建立一个改进的二层非线性原始方程海洋模式，研究海洋对热带气旋的响应。采用湍流动能收支参数化风应力产生的垂直混合（夹卷），其中考虑了盐度对层结强度的影响。通过海洋对７００２号台风响应的数值模拟，结果表明，在引起海表温度下降的各热通量分量中，夹卷约占了８３％，余下的海表面热通量占了１７％。在台风路径转向的右侧，海洋出现强烈的降温，表现出明显的右偏性。降温的幅度、范围和形状均与观测结果较为一致。     

南海冷涡区域SST及冷涡动能、有效重力位能对热带气旋的响应

选择了12个个例,分析了冷涡区域海表面温度(sea surface temperature, SST)对热带气旋(tropical cyclone, TC)的响应。在TC的影响下,冷涡区域SST降低的最大值在2.7—9.15℃,冷涡平均降温1.35—5.89℃。冷涡SST降低与TC移动速度有很好的反向关联,移动速度越慢,冷涡SST降低越多。冷涡SST降低与TC平均最大风速有较好的正向关联,最大风速越大,冷涡SST降低越多。TC对冷涡的能量改变起着重要的作用,TC经过冷涡后,冷涡的动能(eddy kinetic energy, EKE)、有效重力位能(available gravitational potential energy, AGPE)有明显增长,并且EKE的增长小于AGPE的增长。TC作用前后EKE、AGPE的增长与冷涡区域SST降低的平均呈正向关联,表明在TC的影响下,冷涡的EKE、AGPE的改变能够反映SST降低的程度,或者说SST降低的多少能够反映冷涡EKE、AGPE改变的程度。     

海洋对热带气旋响应的一种改进模式

建立一个改进的二层非线性原始方程海洋模式，研究海洋对热带气旋的响应。采用湍流动能收支参数化风应力产生的垂直混合（夹卷），其中考虑了盐度对层结强度的影响。通过海洋对７００２号台风响应的数值模拟，结果表明，在引起海表温度下降的各热通量分量中，夹卷约占了８３％，余下的海表面热通量占了１７％。在台风路径转向的右侧，海洋出现强烈的降温表现出明显的右偏性。降温的幅度、范围和形状均与观测结果较为一致。     

海洋对热带气旋响应的研究

利用中二层非线性原始方程海洋模式，研究海洋在自身不同热力结构下对热带气旋的响应。计算结果表明，初始混合层（ＭＬ）深度和层强强度对海表温（ＳＳＴ）和ＭＬ深度变化起着十分重要的作用。初始ＭＬ深度对海流量值影响较大，层结强度则较小。东海陆架区特殊的海洋热力结构，极易造成ＳＳＴ下降。海洋对７００２号台风响应的模拟结果与观测资料较一致。     

南海中尺度涡旋对热带气旋的响应：个例研究

利用TOPEX／POsEIDON和Jason—1卫星高度计，SeaWiFS水色传感器和TMI微波成像仪等卫星遥感资料研究了南海中尺度涡旋对热带气旋“玲玲”（Lingling，0123）、“灿都”（Chanthu，0405）和“榴莲”（Durian，0621）的响应，得到以下研究结果：（1）位于热带气旋“玲玲”和“榴莲”移动路径右侧的冷涡在热带气旋经过后增强，表现在海面高度距平和海表温度的较大幅度下降，以及叶绿素a的爆发性升高；（2）位于“玲玲”移动路径左侧以及“灿都”路径上的暖涡在热带气旋经过后减弱，表现在海面高度距平和海表温度的下降，而叶绿素a变化不太明显；（3）当热带气旋“玲玲”和“灿都”经过暖涡时，热带气旋的强度迅速增大，这表明暖涡可能有助于热带气旋的加强．     

吕宋海峡上层海洋对于台风南玛都响应的观测分析与数值模拟试验

利用海洋模式POM模拟了吕宋海峡上层海洋对历经其上的2011年8月1111号台风南玛都的响应过程。基于2个方面进行了模拟实验,其一是吕宋海峡上层海洋对固定大小及位置的台风风场响应;其二是吕宋海峡上层海洋对台风南玛都移动期间的响应。并分析了台风南玛都的风场和海洋响应南玛都的表层流场、SST及SSS。研究结果表明:(1)吕宋海峡上层海洋对台风风场结构不对称的响应表现出吕宋海峡上层海洋右侧的流速要远大于左侧,海流和台风一样具有右偏特征。海洋表面温度(SST)下降2~7℃,下降的空间范围直径在百公里,表现为右强左弱的不对称性。(2)上层海洋对驻台风的响应过程中,海洋流场及SST达到能量的极值后,会触发1个反气旋流场控制吕宋海峡,SST经过约10d时间恢复到初始态。(3)上层海洋对台风移动过程的响应表现为1个随台风移动的海洋流场,海流的强度和SST下降的幅度都较小,海流气旋式结构沿着路径有一定的拉伸,并且在路径后方出现尾流。     

海洋中暖涡对热带气旋强度的影响

采用中尺度大气模式MM5和区域海洋模式POM构造了中尺度海气耦合模式,利用该耦合模式模拟了台风Chanchu(2006)从热带低压发展到台风再逐渐衰减的全过程;再以该耦合试验作为对比试验,同时设计一个敏感性数值试验来考察海洋中暖涡对TC强度的影响。试验结果表明暖涡的存在并没有使得TC更快速增强,但抑制了TC的衰减,使得TC增强的时间延长,暖涡的存在使得TC增强,中心气压减少了15 hPa。分析表明,由于暖涡处的混合层很深,阻止了温跃层的冷水挟卷到混合层中,使得TC引起的海面降温较小,因此抑制了TC的衰减。     

南海北部海洋对局地生成热带气旋的响应

应用Topex/Poseidon卫星高度计海面高度距平(SSHA)资料以及TMI的逐日海表温度数据,对两个局地生成的热带气旋(1999年台风LEO和2000年台风WUKONG)引起的南海北部海洋响应过程进行研究.结果表明,在热带气旋影响下,海面高度显著降低,SSHA平均减少30cm,流场上出现气旋型环流,海表温度显著降低,降低幅度为2℃左右,在其尾迹上出现冷涡;相对于降温过程,海表温度的恢复过程非常缓慢;热带气旋强度突变或移行较缓时易引起海洋的强烈响应,这种响应的空间和时间尺度都较大,持续时间至少1周,发生响应的海域范围也很广,甚至可以跨越3个纬度的距离.     

近30年西北太平洋热带气旋的时空变化及与海洋上层热状态的关系

使用1982—2014年美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)最优插值(1/4)°逐日海温分析资料、美国国家海洋数据中心(National Oceanographic Data Center,NODC)提供的海洋上层700 m热含量数据和美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)的热带气旋(tropical cyclone,TC)最佳路径资料,分析西北太平洋地区(0°~30°N,105°~155°E)TC活动的时空分布特征,探讨TC与海洋上层热状态之间的关系。结果表明:TC频数具有显著的年代际变化特征:1982—1992年和2003—2014年皆为低频期,而1993—2002年则为高频期,33年来TC发生频数表现为缓慢增加—快速增加—减少的特征。最近15年(2000—2014年),TC数量呈现明显下降的趋势。在西北太平洋,TC有3个明显的源地,分别为源地1(10°~22°N、110°~120°E);源地2(8°~20°N、125°~145°E);和源地3(5°~20°N、145°~155°E)。源地1、源地2的频数呈上升趋势,而源地3呈下降趋势。海洋上层热状态的变化给TC带来的影响是多方面的,TC频数对上层热含量(heat content)的响应较明显,而海表面温度(sea surface temperature,SST)不是影响TC数量变化的主要因素。伴随着海洋上层的增暖,TC的年持续时间有减少趋势,TC强度正在增强。在全球变暖背景下,TC活动给西北太平洋沿岸国家带来的潜在威胁极有可能加剧。     

热带气旋-海洋的相互作用对南海一个强热带气旋过程影响的数值模拟

采用中尺度海-气耦合模式MCM v1.0对南海强热带气旋“黄蜂”(No.0214)进行了数值模拟试验,并就热带气旋-海洋的相互作用对热带气旋的影响进行了定量分析。结果表明,耦合试验中热带气旋后期路径有显著改善,36h和48h路径误差分别减小22km和110km,登陆点位置误差减小22km;气旋强度与非耦合结果基本一致,36—48h气旋强度减弱得更快;热带气旋中心大风区地面风速增大1—3m.s-1,眼区附近风速减小2—5m.s-1;近地层(取925hPa)气温降低1℃以上,且气温降温区与较大的SST下降区域大致吻合;改进了热带气旋暴雨的落区及降水强度,且主要落区误差的修正位于热带气旋移动路径的右侧并同主要的SST降温区相关;热带气旋-海洋相互作用通过SST下降减少向上的热通量,潜热通量的减少对SST的下降更敏感。     

影响湛江热带气旋的风雨分型

利用国家气象局编制的《热带气旋年鉴》和南海舰队海洋水文气象中心的天气图1981—2000年共20a资料，对影响湛江的热带气旋进行分析得出：(1)影响湛江热带气旋按其带来的不同风雨天气可分成4种类型：强型、弱型、风型和雨型；(2)影响湛江热带气旋的42.3％为弱型，其所带来的灾害天气并不明显，有危害性的为强型、风型和雨型；(3)影响湛江热带气旋的源地、出现月份、强度及移速与其分型有一定关系；(4)湛江历史上出现的大海潮，都是移速较快的风型和强型西太平洋台风在7月和9月造成的。     

西北太平洋上层海洋对台风响应的个例研究

基于数字台风网、欧洲中心ERA-Interim、美国国家海洋与大气局以及中国Argo实时资料中心的资料研究了西北太平洋上层海洋对台风"奥鹿"的响应。研究结果表明,当"奥鹿"移动速度在2 m/s以下时,强风应力产生的Ekman泵是上层海洋响应的主要机制,移动速度越慢,Ekman抽吸速率(EPV)越大,海表温度(SST)降温持续时间短,冷尾迹出现在台风中心位置处。当"奥鹿"移动速度达到6 m/s以上时,持续风应力驱动的惯性泵是主导机制,SST降温持续时间长,冷尾迹出现在台风路径的右侧。惯性泵比Ekman泵持续的时间长,但Ekman泵影响深度比惯性泵大得多。在"奥鹿"经过西北太平洋时,混合层深度(MLD)变浅并伴随着"冷抽吸"作用的出现。上层海洋中"冷抽吸"现象较"热泵"现象影响深度深,持续时间长,在"奥鹿"过境后可持续20天以上。     

海洋对移行风场的瞬时响应

本文研究无界有限深度海洋对移行风场的短周期响应问题。分析表明:第一,响应扰动具有两种类型,即地转流动和惯性重力波动,第二,提出一种圆形旋转风场在海上移动所产生的扰动源,扰动源主要决定于风应力旋度的分布,第三,以扰动源作为一种脉冲构成运动方程的非齐次项,求解得出海洋的响应主要取决于圆形风场;最后,通过计算求得扰动流速和海面升高的时空分布,扰动响应在强度、范围及持续时间上均与风场密切相关。     

南海东北部混合层深度对热带气旋海鸥和凤凰的响应

利用Argo浮标和多源卫星遥感获取的温度、盐度剖面数据和海表面温度(sea surface temperature,SST)、海表面风场等数据,结合美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental PredictionⅡ,NCEPⅡ)再分析资料,研究了南海东北部混合层深度(mixed layer depth,MLD)对2014年9月中下旬相继过境的热带气旋"海鸥"(台风)和"凤凰"(热带风暴)的响应。结果表明,受"海鸥"和"凤凰"过境时的"风泵"作用,海-气界面向上进入大气的最大净热通量由170W·m~(–2)升高至400W·m~(–2),引起SST最大降温达到3.02℃。在时间尺度上,后续的"凤凰"使"海鸥"引发的"冷迹"持续超过10天,出现SST降温的"叠加效应"。"海鸥"过境1天后,其"冷迹"MLD从23m加深至50m;而"凤凰"过境8h后,风应力驱动的离岸埃克曼输送引发了沿岸上升流,导致台湾西南部近岸海域MLD从31m加深至91m。热带气旋过境后,在混合层内,剖面盐度迟于剖面温度达到充分均匀,且盐度恢复快于温度,揭示混合层响应的"时滞效应"。在空间分布上,MLD与SST在两个热带气旋路径右侧(沿其移动方向)的变化幅度均大于左侧,而"冷迹"内MLD的不均匀加深,甚至变浅,可能揭示了下层冷水因埃克曼抽吸在上升流与下降流之间转换而被抬升到不同高度。     

南海上层对台风响应的模拟研究

利用中尺度海气耦合模式对2006年第1号台风Chanchu海气相互作用的模拟结果.分析了南海上层海洋对台风的热力和动力响应特征.研究发现:模拟的chanchu影响下南海SST分布与观测较为符合;与SST降低相对应的是混合层深度普遍增加,较大的海面冷却对应了较大的混合层加深;在台风作用下,海面上产生了一个气旋式环流,随着台风中心的移动而移动.流场呈现明显的不对称结构;模拟结果表明南海对台风的响应具有很明显的近惯性振荡特征.